可調(diào)節(jié)納米天線能改變光性質(zhì)

最近，美國(guó)伊利諾斯大學(xué)厄本那—香檳分校一個(gè)研究小組開發(fā)出一種新奇的可調(diào)節(jié)納米天線，利用電子掃描顯微鏡操控的等離子場(chǎng)增強(qiáng)產(chǎn)生機(jī)械運(yùn)動(dòng)，改變納米天線間隙，使之重新排列組合。這也為將來開發(fā)新型等離子光機(jī)系統(tǒng)鋪平了道路。相關(guān)論文發(fā)表在最近的《自然—通訊》上。

等離子納米天線具有納米紋理的表面，能在深亞波長(zhǎng)范圍約束和增強(qiáng)電場(chǎng)，正在顯出越來越多的優(yōu)勢(shì)。負(fù)責(zé)該研究的機(jī)械科學(xué)與工程副教授基曼尼·圖森特說:“納米紋理表面就像一種預(yù)編程序，入射光與表面相互作用后，光的性質(zhì)就會(huì)發(fā)生改變。我們的方法是用已制作好的納米陣列結(jié)構(gòu)，在電子掃描顯微鏡下對(duì)陣列進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)等離子光學(xué)性質(zhì)進(jìn)一步重組。因此人們能在制作好之后而不是之前，決定所需的納米結(jié)構(gòu)來改變光。”

據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，研究人員開發(fā)的納米天線稱為柱-領(lǐng)結(jié)納米天線(p-BNA)陣列模板，每根直徑約250 nm，用金制作成領(lǐng)結(jié)狀柱塊，“領(lǐng)結(jié)”下墊有500 nm高的玻璃柱。單個(gè)p-BNA間隙大小可調(diào)節(jié)縮小約5 nm(比用目前傳統(tǒng)的電子束平印技術(shù)所能達(dá)到的要小4倍)。

實(shí)驗(yàn)顯示，標(biāo)準(zhǔn)掃描電子顯微鏡(SEM)發(fā)出的一個(gè)電子束，可以讓單根或多根p-BNA子陣列以60 nm/s的速度變形。論文第一作者、該校電力與計(jì)算機(jī)工程博士布萊恩·洛克斯沃西說:“我們觀察到，在電子的激發(fā)下，等離子模推動(dòng)納米天線出現(xiàn)了明顯變形，這在金粒子之間造成了nN(10－9N)級(jí)別的受力差異。”研究小組認(rèn)為，p-BNA柱高度與厚度比例為4.2，相對(duì)較高，再加上周圍有大量的熱，這讓它們能服從電子束引起的納牛級(jí)別的微小力差而產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。

研究人員指出，本研究的重要性有三方面:一是納米天線的光(等離子)反應(yīng)調(diào)節(jié)深入到單根天線水平;二是在傳感和納米粒子操控方面，能帶來具有唯一空間定位地址的納米光子設(shè)備;三是為研究機(jī)械、電磁和熱力現(xiàn)象提供了一個(gè)納米級(jí)別的平臺(tái)。

“我們的制造過程是一種創(chuàng)新性的方法。”研究小組的阿布多·布雅說，“在掃描電子顯微鏡(SEM)下制造等離子納米天線結(jié)構(gòu)，克服了傳統(tǒng)平版印刷技術(shù)的近似缺陷，能可控地將納米天線間隙減小5 nm。這種新的制造技術(shù)，也為其他眾多領(lǐng)域的研究開辟了新途徑。”